Enterococci and its enterocins as an alternative to antibiotics in poultry affected by necrotic enteritis

Resumen

Los antibióticos se han utilizado ampliamente en terapéutica, profilaxis y como promotores del crecimiento en producción aviar. Dada la necesidad urgente de prevenir la propagación de bacterias multirresistentes, muchos gobiernos han prohibido su uso como promotores del crecimiento en producción animal, y urgen en la necesidad de reducir de forma general el uso de antibióticos en este sector, requiriendo alternativas para preservar la salud humana y animal. Las infecciones por Clostridium perfringens asociadas con enteritis necrótica (EN) ha aumentado en los últimos años en el sector avicola y supone un gran problema, que exige una vigilancia estrecha. La resistencia a antibióticos esta aumentando en C. perfringens, pero como este microorganismo no está sujeto a programas de vigilancia, se necesita más información para conocer a fondo su perfil de resistencia. Todo esto resalta la necesidad de investigar en el control de la EN asociada a C. perfringens, aplicando nuevos enfoques para rducir el uso de antibióticos en producción aviar. Las bacterias productoras de bacteriocinas (BAC+), capaces de inhibir el crecimiento de C. perfringens, permiten un buen enfoque. Los enterococos destacan por la producción de bacteriocinas (enterocinas) y, por tanto, pueden utilizarse con este fin. Sin embargo, con frecuencia los enterococos contienen factores de virulencia y mecanismos de resistencia a los antibióticos. De ahí que, debido a su dualidad como comensales y patógenos oportunistas, sea necesario caracterizarlos exhaustivamente. Así pues, el uso de sus enterocinas podría ser un enfoque aún mejor y más realista. Esta tesis intenta abordar esta problemática mediante el desarrollo de tres objetivos principales. El primer objetivo fue caracterizar a nivel genómico una colección de aislados de C. perfringens procedentes de aves de corral afectadas por NE. Para ello, se caracterizaron veinte cepas mediante secuenciación del genoma completo (WGS) y se analizaron datos sobre su resistoma, viruloma, plasmidoma, genes de toxinas y tipificación molecular. Los resultados mostraron que los genes tet (asociados a la resistencia a la tetraciclina) eran los más frecuentes y fue de interés la detección de dos aislados que portaban el gen erm(T), asociado a la resistencia a la eritromicina, que sólo se ha descrito en otras bacterias Gram-positivas. Doce de los aislados fueron toxinotipados como tipo A y siete como tipo G. También se detectaron con frecuencia otros factores de virulencia que codifican hialuronasas y sialidasas, así como plásmidos. El tipado molecular reveló una gran variabilidad de los aislados, hallándose incluso nuevas combinaciones alélicas. Entre los aislados, C. perfringens MLG 7307 mostró características únicas, careciendo del gen “housekeeping” colA, lo que sugiere que podría pertenecer a una nueva especie/variedad. En su conjunto, los resultados obtenidos permiten conocer mejor las características genómicas de C. perfringens y profundizar en el estudio de este patógeno. El segundo objetivo fue caracterizar los enterococos de origen aviar con actividad antimicrobiana frente a C. perfringens para garantizar su seguridad. Para ello, se examinó la actividad antimicrobiana de una colección de 251 enterococos de origen aviar frente a la colección de C. perfringens y se seleccionaron cepas BAC+ para realizar análisis de secuenciación masiva (WGS) para determinar su resistoma, viruloma y plasmidoma y realizar la tipificación molecular. Posteriormente, se analizó la supervivencia digestiva en condiciones aviares de los enterococos potencialmente inocuos seleccionados. De entre todos los enterococos, E. faecium X2893 y X2906 fueron los candidatos más prometedores para futuros estudios como cultivos protectores. Ambas cepas pertenecen al linaje ST722, son portadoras de los genes codificantes de la enterocina A y la enterocina B, no tienen genes de resistencia a antibióticos adquiridos, no portan plásmidos, poseen el gen acm implicado en la colonización del hospedador y mostraron elevadas tasas de supervivencia in vitro bajo condiciones digestivas aviares. Por lo tanto, son buenos candidatos para ser utilizados como cultivos protectores en estudios posteriores. El último objetivo fue producir y purificar enterocinas con actividad antimicrobiana contra la colección de C. perfringens y otros patógenos relevantes. Las enterocinas A, B, P, SEK4 y L50 se obtuvieron mediante síntesis peptídica en fase sólida asistida por microondas y se evaluó su actividad antimicrobiana frente a la colección de C. perfringens y otros patógenos. Se evaluaron diferentes combinaciones de estas enterocinas, seleccionadas según sus mecanismos de acción, para lograr sinergias. Los resultados mostraron que los dos péptidos de la enterocina L50 eran los más activos contra C. perfringens, siendo L50A el más activo. Estos péptidos también mostraron el espectro más amplio, siendo activos incluso frente a las bacterias Gram-negativas Campylobacter coli ATCC 33559 y Pseudomonas aeruginosa ATCC 27855. Todas las combinaciones estudiadas mostraron sinergia o sinergia parcial. Este estudio consolida la idea de emplear enterocinas solas y en combinaciones sinérgicas para inhibir el crecimiento de C. perfringens y otros patógenos como alternativa prometedora a los antibióticos en el sector avícola. En conclusión, el uso de enterococos BAC+, y especialmente de sus enterocinas, representa una alternativa muy atractiva a los antibióticos en el sector avícola. Entre las perspectivas futuras sobre este tema podrían figurar la optimización de la producción de enterocinas y estudios más detallados (toxicidad, degradación enzimática, etc.), para garantizar que su uso sea seguro. Asimismo, los próximos pasos pueden incluir modelos de infección in vivo para evaluar su eficacia en la prevención de la infección por C. perfringens.